Patent RU-101646-U1 (RU)
Title: Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха
IPC: B01D53/047
Filed: 2010-08-25
Granted: 2011-01-27
Abstract: Установка относится к устройствам для обогащения атмосферного воздуха кислородом методом короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦА) и может быть использована в лечебной терапии, химической, медицинской, микробиологической, авиационной, морской и других отраслях промышленности, где требуется использование газовых сред с повышенным содержанием кислорода. Задачей и техническим результатом установки является повышение производительности, степени извлечения и обеспечение возможности повышения концентраций кислорода в производимых продуктах. Установки для получения кислорода из атмосферного воздуха, работает следующим образом. Воздушный компрессор 1 засасывает атмосферный воздух, сжимает его и подает на вход устройства осушки 2, в котором происходит отделение влаги и масла. Осушенный и сжатый воздух поступает на вход адсорбционного блока. Блок управления 19 адсорбционного блока управляет клапанами 15-18 таким образом, что каждый из адсорберов 3, 4 попеременно проходит цикл сорбции-десорбции (регенерации), причем в момент, когда один из них находится в стадии сорбции, другой регенерируется. Одновременно открытыми или закрытыми могут быть пары клапанов 15-17 и 16-18. Например, если пара клапанов 15-17 открыта, то пара клапанов 16-18 закрыта и при этом в адсорбер 4 поступает сжатый воздух и в нем происходит сорбция азота и обогащение потока кислородом, а адсорбер 3 соединен со сбросным трубопроводом 14, давление в нем опускается до атмосферного и проходит процесс десорбции азота (регенерация адсорбента). Переключение пар клапанов происходит периодически через равные промежутки времени. Обратные клапаны 22 и 23 установлены таким образом, что позволяют пропускать газ в ресивер только из адсорбера, находящегося под более высоким давлением. При этом другой адсорбер с низким давлением оказывается отсеченным от ресивера и от адсорбера с высоким давлением. Переключение обратных клапанов происходит автоматически при смене давления в адсорберах. Обратный клапан 24, установленный на входе в ресивер, позволяет предотвратить обратный поток газа из ресивера в адсорберы. В результате в ресивер 5 поступает поток воздуха, обогащенного кислородом, попеременно то из адсорбера 3, то из адсорбера 4. Основным назначением ресивера 5 является обеспечение относительно стабильного по давлению источника сжатого и обогащенного кислородом воздуха для его подачи в мембранный газоразделительный модуль 6. Воздух из ресивера поступает в объем 26 высокого давления мембранного модуля, который отделен от объема 27 низкого давления полупроницаемой селективной мембраной. Мембрана более проницаема для молекул кислорода и менее проницаема для молекул аргона и азота. В результате происходит дополнительное обогащение кислородом проникшего через мембрану воздуха, который из объема низкого давления отводится потребителю через выход 28. Непроникший через мембрану поток воздуха из объема высокого давления через выход 29, расходное устройство 30 и через трубопровод подается на адсорбер, который в течение данного полуцикла находится в стадии регенерации. Например, если в течение полуцикла открыта пара клапанов 15-17, то таким адсорбером должен быть адсорбер 3. Это достигается тем, что на трубопроводе 21 установлены два клапана управления газовыми потоками 31 и 32. В рассматриваемом примере открытым должен быть клапан 31, а в следующем полуцикле - клапан 32. Управление клапанами может производиться общим блоком управления 19. При этом синхронно и с высокой точность должно проводиться попеременное открытие и закрытие троек клапанов 15-17-31 и 16-18-32. В качестве клапанов 31 и 32 могут быть использованы обратные клапаны, что позволяет значительно упростить систему управления установкой. Расходное дросселирующее устройство 30 задает уровень высокого давления в адсорберах и в мембранном модуле. При эксплуатации установки в адсорберах 3 и 4 попеременно происходит обогащение воздуха кислородом за счет преимущественной сорбции азота. Одним из вариантов реализации устройства является устройство, в котором на сбросном трубопроводе 14 установлено расходное устройство 33, например в виде расходных шайб, регулируемых газовых дросселей, либо в виде любых других устройств, позволяющих устанавливать необходимый газовый расход и сбрасывать давление. Использование регулирования скорости истечения и скорости уменьшения давления выходящего из десорбера потока воздуха позволяет подобрать оптимальный режим десорбции, максимально согласованный с протекающими в десорбере переходными процессами. Использование КЦА установки с дополнительным мембранным газоразделительным модулем позволяет повысить степень извлечения кислорода и производительность процесса при равных энергозатратах более, чем в 1,5 раза. Концентрация кислорода может превысить предельные 95% и достигать величин более 99%.